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Physics Senior High

(5)なんですが、Qが斜面を離れる時T2=0ではなぜダメなのですか?

セント 24 〈動く斜面上の糸でつるした小球〉 (2) (4) 加速度運動しているP上で観測すると,Qには重力, 垂直抗力、張力のほかに慣性力がはたらいて、 ている。 ヒント (3) 『Qは斜面にそって上昇する』糸がたるむので糸の張力は0になる (5) Qが斜面から離れる垂直抗力は0になる N P (1) 台Pが静止しているので、小球Qには たらく力は重力、張力、 垂直抗力である (図a)。張力の大きさを T, 垂直抗力の 大きさをNとすると, 小球Qについて、 斜面方向の力のつりあいより mg coso B T=mgsin0 [N] 斜面に垂直な方向の力のつりあいより N=mg cos 0 (N) (2) 左向きに加速度 α 〔m/s'] で運動する台 P上で観測すると,小球Qには大きさ ma〔N〕 の慣性力が右向きにはたらき, 小球Qは静止している (図b)。 張力の大 きさを T', 垂直抗力の大きさをN' とす ると,小球Qについて, mgsine 斜面方向の力のつりあいより mg cosa T'+macos0=mgsin0 よって T'=mgsino-macos0 [N] mg 図b 斜面に垂直な方向の力のつりあいより N' =mgcos0+masin0 [N] ※A (3) 小球Qが斜面にそって上昇するとき, 糸がたるんで張力は0になる。 これよ り台Pの加速度がα 〔m/s ] になったとき, 張力の大きさ T' の値 (①式)が 0 になる。 ① 式より gsin0 よって ao= -=gtan 0 [m/s²) cos o N" T' T'=mgsin0-macos0=0 (4) 右向きに加速度6[m/s'] で運動する台 P上で観測すると, 小球Qには大きさ mb〔N〕 の慣性力が左向きにはたらき, 小球Qは静止している (図c)。 張力の大 きさをT", 垂直抗力の大きさをN" と mb sina mbicos A すると, 小球Qについて, 斜面方向の力のつりあいより T"=mgsin0+mb cos 0 [N] mg sin of 斜面に垂直な方向の力のつりあいより N"+mbsin0=mgcost mg よって N"=mgcos-mbsin0 [N] B (2) (5)小球Qが斜面を離れるとき,垂直抗力は0になる。 これより,台Pの加速度 が bo〔m/s?] になったとき,垂直抗力の大きさ N"の値 (②式) が0になる。 ②式より N"=mgcoso-mbosin0=0 よってbo= gcose g sino - [m/s2] tan 0 mgsin 0 Q mg N'Y Q mb ma masine C TIT. 図 a macose mg coso 図 c 25 (5) 三角 (7) 小 三小小交速 (1) 小 (2) A 別解 慣性系(静止系 から観測すると、小球Qはた 向きに加速度αで等加速度 動をしている。 N'S N' cos 6 1 Tsine T cose N' sin 8 10 Img 水平方向の運動方程式は ma=N'sin0-T'cose 鉛直方向のつりあいの式は mg = N'cos0+T'sin0 この2式より T'=mgsin0-macose [N] N'=mgcos0+masino [N] ←B 別解 慣性系 (静止系 から観測すると小球Qは 向きに加速度で等加速度 動をしている。 T'sin 6 N'' cos O- N" T T'' co N'' sin 10. Img 水平方向の運動方程式は mb=T"cos0-N"sin 鉛直方向のつりあいの式 mg=T"sin0+N"co この2式より T"=mgsin0+mbcos N"=mgcoso-mbsin (3

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(時刻) 3,0s 経過時間 At (時刻) 4,0S 時刻 Os 1.0s 2.0s 5.0s 13.6s 正の 向き 位置よ 正の 向き 「位置 0 2.0m 5.0m 10.8m 18.6m (位置x) X (位置x) 変位 Ax 26,9m 100,0m O図7 100m走のようす 問7 図7で、時刻3.0秒から時刻 4.0秒の間の平均の速度は何 m/s か。 また、時刻5.0秒からゴールするまでの間の平均の速度は何 m/sか。 位置x 注意 F 瞬間の速度 (3)式で、なをtに限りなく近 づける,つまり At をきわめて小 さくしていくと, 平均の速度 は時刻もにおける瞬間の速度 を 表すようになる。 ふつう速度とい 位 x-図 理量) の傾きが 平均の速度 instantaneous velocity Ax うときは,瞬間の速度をさす。 図8のような,横軸に時間 の傾きが 瞬間の速度 10 P 三めよ。 縦軸に位置xをとったx-t図を考 |At 0 な時間 える。このとき, ち~な間の平均 Ax At O図8 x-t図と平均の速度 瞬間の速度 の速度= は,点Pと点Q 者の を結ぶ直線 の傾きで表される。 ここで, たをむに近づけていくと、 間の この直線は,グラフと点Pで接する直線/に近づいていく。 このよ うな直線を点Pにおける接線という。 つまり, ある時刻における瞬間 15 の速度は,x-t図上でその時刻の点に引いた接線の傾きとして表される。 問8 図は,x軸上を運動する物体の位置x と経過時間t 12.0 x (m] の関係をグラフに表したものである (x-t図)。 図 9.0 -L て求 の直線Lは,点Pにおける接線である。 20 6.0 (1) 時刻2.0~4.0秒の間の平均の速度は何 m/sか。 3.0 P (2) 時刻 2.0秒における瞬間の速度は何 m/s か。 t[s] 0 1.0 2.0 3.0 4.0 する。 すの 問9 ある選手の 100m走の記録が 10秒であった。この 選手が走っている最中に, 瞬間の速さは 10m/s を こえることはあるだろうか。 25 17 多い。 第1編運動とエネルギー

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